第4章-伺服数控系统的故障诊断与维护课件.ppt
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- 伺服 数控系统 故障诊断 维护 课件
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1、第4章 伺服数控系统的故障诊断与维护2022-10-2112022-10-212第4章 伺服数控系统的故障诊断与维护 4.1 伺服系统概述 4.2 主轴驱动系统的故障分析与维护 4.3 进给伺服系统的故障分析与维护 4.4 SIEMENS 802D伺服驱动系统 4.5 位置检测系统的故障分析与维护 4.6常用位置检测元件 4.7检测器件的常见故障及维修 4.8检测器件常见故障维修实例分析 4.9检测器件日常维护保养主轴速度误差过大报警:主轴速度误差过大报警的检出,是反映实际检测到的主轴电机速度与M03 或M04 中给定的速度指令值相差过大。这个报警也是FANUC 系统常见的报警之一,主要引起原
2、因是主轴速度反馈装置或外围负载的问题。如下图所示为主轴电机速度反馈+分离编码器联接结构。请从速度检测角度分析报警产生的原因及其解决方法。引例引例 数控机床的伺服系统是机床主体和数控装置(CNC)的联系环节,是数控机床的重要组成部分,是关键部件,故称伺服系统为数控机床的三大组成部分之一。伺服系统包括伺服驱动、伺服控制、检测及反馈等环节,它接受来自数控装置(CNC系统)的指令信号,经过放大和转换,驱动机床执行件跟随指令脉冲运动,实现预期的运动,并保证动作的快速和准确。根据应用场合和对控制性能要求的不同,伺服系统具有多种不同的结构形式。按照系统的构造特点,大体上可以将其分为四种基本结构类型,即:开环
3、伺服系统、半闭环伺服系统、全闭环伺服系统和混合闭环伺服系统。4.1 伺服系统概述伺服系统概述2022-10-2141开环伺服系统 开环伺服系统是一种没有位置反馈的位置控制系统。它的伺服机构按照指令装置发出来的位置移动指令,驱动机械作相应的运动,但并不对机械的实际位移量或转角进行检测,从而也无法将其与指令值进行比较。它的位置控制精度只能靠伺服机构本身的传动精度来保证。早期简易型的数控机床的进给驱动位置伺服系统,常采用步进电动机为主要部件的开环位置伺服系统,结构如图4-1所示。2022-10-2152半闭环位置伺服系统 与开环位置伺服系统不同,半闭环位置伺服系统是具有位置检测和反馈的闭环控制系统。
4、它的位置检测器与伺服电机同轴相连,可通过它直接测出电动机轴旋转的角位移,进而推知当前执行机械(如机床工作台)的实际位置。由于位置检测器不是直接装在执行机械上,位置闭环只能控制到电机轴为止,所以被称之为半闭环,它只能间接的检知当前的位置信息,且也难以随时修正、消除因电动机轴后传动链误差引起的位置误差。数控机床进给驱动最常用的半闭环位置伺服系统如图4-2所示。2022-10-2163全闭环位置伺服系统 全闭环位置伺服系统典型构成方法如图4-3所示。它将位置检测器件直接安装在机床工作台上,从而可以获取工作台实际位置的精确信息,通过反馈闭环实现高精度的位置控制。从理论上说,这是一种最理想的位置伺服控制
5、方案。但是,在实际的数控机床系统中却极少采用全闭环结构方案。4 混合闭环位置伺服系统对有的执行机械(如重型机床工作台),位置伺服系统采用半闭环结构虽然容易整定,但很难补偿其机械传动部分引起的位置误差,使位置控制精度不能达到要求的指标;采用全闭环结构系统又很难整定,系统闭环后因环内多种非线性因素诱发的振荡很难消除。于是,人们提出系统中同时存在半闭环和全闭环。如图4-4所示。2022-10-2174.2 主轴驱动系统的故障分析与维护主轴驱动系统的故障分析与维护 随着数控技术的不断发展,传统的主轴驱动已不能满足要求。现代数控机床对主传动提出了更高的要求:1.调速范围;2.主轴的旋转精度和运动精度;3
6、.数控机床主轴的变速是依指令自动进行的,要求能在较宽的转速范围内进行无级调速,并减少中间传递环节,简化主轴箱;4.要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率,并尽可能在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率,即恒功率范围要宽;2022-10-2184.2.1数控机床对主轴驱动系统的要求数控机床对主轴驱动系统的要求5.要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加减速控制,即要求具有四象限驱动能力,并且加减速时间短;6.为满足加工中心自动换刀以及某些加工工艺的需要,要求主轴具有高精度的准停控制;7.在车削中心上,还要求主轴具有旋转进给轴(C轴)的控制功能。2022-10-219 为满足数控机床对主轴驱动的要
7、求,主轴电动机必须具备下述功能:输出功率大。在整个调速范围内速度稳定,且恒功率范围宽。在断续负载下电动机转速波动小,过载能力强。加速时间短。电动机温升低。振动、噪声小。电动机可靠性高,寿命长,易维护。体积小、质量轻。2022-10-21104.2.2主轴驱动装置的特点主轴驱动装置的特点 1直流主轴驱动装置 直流主轴电动机的结构与永磁式伺服电动机不同,要求能输出大的功率,所以一般是他磁式。为缩小体积,改善冷却效果,以免电动机过热,常采用轴向强迫风冷或采用热管冷却技术。2交流主轴驱动装置 交流异步伺服系统 交流同步伺服系统2022-10-2111 当主轴伺服系统发生故障时,通常有三种表现形式:CR
8、T或操作面板上显示报警内容或报警信息;在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障;主轴工作不正常,但无任何报警信息。主轴伺服系统常见故障有:(1)过载(2)主轴不能转动(3)主轴转速异常或转速不稳定(4)主轴振动或噪声太大(5)主轴加/减速时工作不正常2022-10-21124.2.3主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断(6)外界干扰(7)主轴速度指令无效(8)主轴不能进行变速(9)主轴只能单向运行或主轴转向不正确(10)螺纹加工出现“乱牙”故障(11)主轴定位点不稳定或主轴不能定位2022-10-21134.2.3主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断 模拟量控制的主轴驱动
9、装置常采用变频器实现控制。数控车床主轴驱动以及普通机床的改造中多采用变频器控制。作为主轴驱动装置用的变频器种类很多,下面以日立变频器为例进行介绍。图4-5所示为日立变频器的实物图。1变频器接线端子及连接2SJ100变频器面板操作3变频器常见功能参数2022-10-21144.2.4 FANUC系统模拟量主轴驱动装置与维护系统模拟量主轴驱动装置与维护4基本参数设定 5SJ100变频器与FANUC 0i mate C数控系统连接 图4-11所示为某数控车床主轴驱动装置的接线图,以该图为例具体说明FANUC 0i mate c系统,数控机床与变频器的信号流程与功能。6变频器故障代码及起因 表4-6
10、变频器故障代码及起因 2022-10-21154.2.4 FANUC系统模拟量主轴驱动装置与维护系统模拟量主轴驱动装置与维护4.3 进给伺服系统的故障分析与维护进给伺服系统的故障分析与维护 1步进驱动系统 步进驱动系统简单来说,包括有步进电动机和步进驱动器。目前,步进电动机主要用于经济型数控机床的进给驱动,一般采用开环的控制结构。用于数控机床驱动的步进电动机主要有两类:反应式步进电动机和混合式步进电动机,反应式步进电动机也称为磁阻式步进电动机。2022-10-21164.3.1进给伺服驱动系统简介进给伺服驱动系统简介 2直流伺服电动机 直流伺服控制系统常用的伺服电机有小惯量直流伺服电机和永磁直
11、流伺服电机(也称为大惯量宽调速直流伺服电机)。小惯量伺服电机最大限度地减少了电枢的转动惯量,所以能获得最好的快速性。3交流伺服驱动系统 交流伺服电动机可依据电动机运行原理的不同,分为感应式(或称异步)交流伺服电动机、永磁式同步电动机、永磁式无刷直流伺服电动机、和磁阻同步交流伺服电动机。这些电动机具有相同的三相绕组的定子结构,目前市场上的交流伺服电动机产品主要是永磁同步伺服电动机及无刷直流伺服电动机。2022-10-2117 FANUC 0i Mate C系列数控系统最多可控制3轴,其中FANUC 0i Mate MC可控制三轴,主要用于加工中心、铣床,配置i 系列的放大器和i或Is系列伺服电机
12、。FANUC 0i Mate TC控制两轴,主要用于车床,配置i 系列的放大器 i或is 系列伺服电机。而且对于FANUC 0i Mate-C系统,如果没有主轴电机,伺服放大器是单轴型(SVU),其实物图见图4-12所示,如果包括主轴电机,放大器是一体型(SVPM),其实物图见图4-14、图4-15所示。图4-12为带主轴放大器的伺服系统连接图。2022-10-21184.3.2 FANUC进给伺服系统进给伺服系统(1)i系列伺服单元的端子功能i系列伺服单元结构如图4-16所示。(2)FANUC 0i mate c系统与i系列伺服单元连接图 FANUC 0i mate c系统与i系列伺服单元连
13、接图见图4-17所示。2022-10-2119 1上电全清 当系统第一次通电时,最好是先做个全清(上电时,同时按MDI 面板上RESET+DEL)。2伺服FSSB 设定和伺服参数初始化 参数1023 设定位1;2;3等。参数1902 的位0=02022-10-21204.3.3 FANUC伺服系统参数的设定及初始化伺服系统参数的设定及初始化 3伺服参数设定 首先进入伺服参数的设定画面(FANUC 0i Mate系统):按系统功能键“system”,然后按下系统扩展软键,再按下系统软键“SV-PAM”即可进入。4伺服参数初始化 伺服参数初始化就是将系统的参数按设定条件恢复到系统出厂时的标准设定。
14、当数控系统的伺服驱动更换,或因为更换电池等原因,使伺服参数出现错误时,必须对伺服系统进行初始化处理与重新调整。2022-10-2121 1SV400#,SV402#(过载报警)故障原因:400#为第一、二轴中有过载;402#为第三、第四轴中有过载。2SV401,SV403(伺服准备完成信号断开报警)401:提示第一,第二轴报警 403:提示第三,第四轴报警 3SV4n0:停止时位置偏差过大 系统检查原理:当nc指令停止时,伺服偏差计数器的偏差(DGN800803)超过了参数PRM593596所设定的数值,则发生报警。2022-10-21224.3.4 FANUC 进给伺服系统的常见故障分析进给
15、伺服系统的常见故障分析 4SV4n1:运动中误差过大 系统检查:当NC发出控制指令时,伺服偏差计数器(DGN800803)的偏差超过PRM504507设定的值时发出报警。5SV4n4#(数字伺服报警)它是伺服放大器和伺服电动机有关的各种报警的总和,这些报警有可能是伺服放大器及伺服电动机本身引起的,也可能是系统的参数设定不正确引起的。6SV4n6报警:反馈断线报警 不管是使用A/B向的通用反馈信号还是使用串行编码信号,当反馈信号发生断线时,发出此报警。2022-10-21234.4 SIEMENS 802D伺服驱动系统伺服驱动系统 SIEMENS 802D 数控系统的伺服驱动单元采用的是SIMO
16、DRIVE 611UE交流数字式伺服驱动系统,采用模块化安装方式,主轴与各伺服单元共用电源,用于进给驱动的伺服驱动模块有单轴与双轴两种结构形式,带有PROFIBUS总线接口。2022-10-2124 驱动器的连接如图4-21所示。电源模块将三相交流电源转换成600V直流,直流电通过直流母线为功率模块供电,伺服控制模块根据数控系统发出的速度指令,控制伺服电机运动。伺服驱动系统完成电流和速度的闭环控制。数控单元通过现场总线发出位置控制指令,获得实际位置信息,形成位置的闭环控制。驱动器控制端子上电的控制时序如图4-22所示。从图中可以看出,伺服驱动器有三种不同的工作状态,即自由状态、工作状态和制动状
17、态。2022-10-21254.4.1驱动器的连接驱动器的连接 在完成驱动器的设定后,需要对驱动器的速度环动态特性进行调试,然后才能进行位置环调试。611UE驱动器的速度环动态特性优化,可以通过Simo ComU软件自动进行。优化驱动器的速度给定,由PC机以数字量给出,无须CNC控制。2022-10-21264.4.2 611UE数字式交流伺服驱动器参数的优化数字式交流伺服驱动器参数的优化 伺服电机采用1FK6 系列,编码器为1Vpp 正弦波。系统的位置环由802D 控制。SIMODRIVE 611UE 还可以在同一模块上设定一个叠加轴(比如模拟主轴)。611UE 的模拟输出口用于输出主轴速度
18、给定(10V),而611UE 上的数字输出可用于模拟主轴的使能控制。WSG 接口用于连接主轴编码器(TTL)作为速度反馈。2022-10-21274.4.3伺服电机伺服电机 611UE系列数字伺服驱动器电源模块设有6个状态指示灯(LED),其含义如下:V1:DC l5V控制电源故障。V2:DC 5V控制电源故障。V3:电源模块未“使能”。V4:电源模块已“使能”,直流母线己充电。V5:进线电源故障。V6:直流母线电压过高。611UE系列数字伺服驱动单元的状态显示,可以通过驱动控制板上的6只数码管进行,它可以详细显示驱动器的状态与报警号。2022-10-21284.4.4驱动器状态显示驱动器状态
19、显示 例1611UE偶尔出现B507、B508报警的维修。故障现象:某配套SIEMENS 802D的数控铣床,开机时不定期地出现伺服驱动器(611UE)报警B507、B508等,机床停机后重新起动,通常可以恢复工作。2022-10-21294.4.5驱动器故障维修实例驱动器故障维修实例 例2611UE偶尔出现B504报警的维修 故障现象:某配套SIEMENS 802D系统的数控铣床,开机时出现ALM380500报警,驱动器显示报警号B504。例3SIEMENS系统PROFIBUS总线报警的故障维修 故障现象:一台配套SIEMENS 802D系统的四轴四联动的数控铣床,开机后有时会出现38050
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